Berekeningen en notities voor herbruikbare liggers met vastgestelde eigenschappen

Er diende een match gemaakt te worden met een donorproject waar liggers vrijkomen die gemodificeerd kunnen worden naar deze lengte. Dit donorproject is gevonden bij KW 21 liggers bij Aanpak Ring Zuid Groningen. Uit de hoofdoverspanning zijn daar met medewerking van aannemer Combinatie Herepoort liggers geoogst met een lengte van 18,985m en een overspanningslengte (h.o.h. oplegblok) van 18,635m en een kruisingshoek van 80º deg (89,1044 gr). De liggers waren uitgevoerd met een tandoplegging wat tegenwoordig niet meer gewenst is. Bij het inkorten worden de tandopleggingen sowieso verwijderd.

Voor de match betekende het dat wat betreft de overspanning van de liggers, dit uitkwam op 13168mm/18635mm=70% van de oorspronkelijke overspanning. Vooraf was in het haalbaarheidsonderzoek uitgegaan dat liggers tot 80% van de oorspronkelijke overspanning konden worden ingekort. Dit betekende dat er vooraf gedetailleerder berekend en gecontroleerd moest worden, om te controleren of de match mogelijk was. Vooral doordat er in verhouding met de overspanningslengte veel voorspanning in de ligger aanwezig was, wat een negatief effect kan geven. Daarnaast is de voorspanning in de prefabliggers vanaf een knikpunt (een paar meter vanaf de oplegging) dichter bij de neutrale lijn geplaatst. Door de verkorting komt dit knikpunt dichter bij de oplegging te liggen en ligt het bij de oplegging niet bij de neutrale lijn. Het is belangrijk om te controleren of de voorspanning niet buiten de kern van de betondoorsnede komt waardoor er trekspanningen t.g.v. de voorspanning zouden ontstaan.

Daarnaast wilden we voor een match zoveel mogelijk van de liggerlengte hergebruiken. De resterende delen zijn niet bruikbaar en worden met de betonshredder tot betongranulaat vermalen. Iets wat we juist zoveel mogelijk willen voorkomen.

Constructieve veiligheid bij een indirecte oplegging

In het contract was geëist dat er boven de tussensteunpunten geen traditionele voeg maar een buigslappe voeg moest worden toegepast. Met een buigslappe voeg gedraagt het dek zich in de lengterichting als één geheel. Dit betekent dat de opleggingen op de landhoofden een grotere verplaatsing moeten kunnen ondergaan dan bij enkel een zijoverspanning. Bij grotere verplaatsingen is er een hogere oplegging en grotere oplegdruk nodig.

Zowel in het ontwerp van de zijoverspanning met nieuwe liggers als in het ontwerp met herbruikbare liggers, is de problematiek met de oplegdruk opgelost door niet alle liggers via een oplegblok op het landhoofd op te leggen. Voor bijna de helft van de liggers is de belastingafdracht verzorgd via de einddwarsdrager. De einddwarsdrager draagt de belasting af naar de naastgelegen ligger met oplegblok, die de belasting weer afdraagt naar het landhoofd. Dit betekent dat er voldoende ophangwapening nodig is om de belasting van de ligger af te dragen naar de einddwarsdrager. In het ontwerp van de nieuwe liggers is deze ophangwapening in het ontwerp opgenomen. Voor de herbruikbare liggers is deze ophangwapening niet achteraf aan te brengen. Daarom is de belastingafdracht gedetailleerd berekend en gemodelleerd. Er is hiervoor een aanvullende berekening gemaakt waarbij extra wapening opgenomen is in de einddwarsdrager, zie het ceentartikel wat hierover geschreven is ^[1].

De constructiehoogte van een viaduct wordt bepaald door de slankheid van de hoofdoverspanning. Regulier heeft de zijoverspanning een kleinere overspanning die met een slankere ligger kan worden uitgevoerd. Maar bijna altijd wordt daarvoor dezelfde liggerhoogte als de hoofdoverspanning toegepast. Bij dit ontwerp zijn de zijoverspanningen met lagere liggers uitgevoerd. De opdrachtgever wilde wel dat de randligger/-element eenzelfde hoogte heeft, zodat in het aanzicht een constante hoogte wordt gerealiseerd. Hierdoor steekt de randligger uit t.o.v. de liggers in de zijoverspanning. Omdat er geen verkeer komt onder deze zijoverspanning, is dit acceptabel. Omdat er geen rekening hoeft te worden gehouden met een aanrijdbelasting in deze zijoverspanning.

Zowel in het ontwerp met nieuwe liggers als met de herbruikbare liggers, worden de zijvelden uitgevoerd met lagere liggers dan de liggers in de hoofdoverspanning die een hoogte van 1100mm hebben. Wel is er een hoogteverschil. De herbruikbare liggers zijn 700mm hoog i.p.v. het oorspronkelijke ontwerp met nieuwe liggers die een hoogte hebben van 600mm voor de zijvelden. Zie ook tekening Ontwerp en realisatie Viaduct Hoog Burel, Viaduct Hoog Burel-Circulaire inpassing, Definitief ontwerp, Doorsneden en details ^[2].

Er zijn onderlinge afspraken gemaakt m.b.t. werkzaamheden en verantwoordelijkheden van de verschillende berekeningen. Wagemaker heeft voor Dura Vermeer het integrale ontwerp gemaakt (tekeningen en berekeningen). Mozes en de Boer het ontwerp van de nieuwe Haitsma prefabliggers met het legplan zoals ze gewend zijn voor Haitsma te ontwerpen. Consortium Liggers2.0/RHDHV heeft o.a. het DO berekeningsrapport opgesteld voor Hoog Burel-Hergebruik Prefab Liggers ^[3] en het ontwerp gemaakt van de druklaag op de herbruikbare liggers en de einddwarsdragers. De druklaag is 250mm dik bij hergebruik en identiek aan het druklaag ontwerp met nieuwe liggers.

Doordat de liggers ingekort worden, sloot de einddwarsdrager niet aan op de positie waar in de prefabligger de sparingen zijn aangebracht voor de langswapening in de einddwarsdrager. Dit deel is namelijk na het inkorten verwijderd. Er moesten nieuwe sparingen ingeboord worden. Deze sparingen mochten de voorspanning niet beschadigen en ook niet de dwarskrachtwapening beschadigen. De sparingen moesten onder dezelfde kruisingshoek van 60⁰ aangebracht worden als de kruisingshoek tussen het dek en de ondersteuning. Gekozen is om te werken met sparingen met een diameter van 90mm. Normaal is dit ruim voldoende om ze tussen de beugel-/haarspeldwapening aan te brengen van regulier 250mm à 300mm h.o.h. Door de kruisingshoek van 60⁰ werd dit lastiger. Theoretisch kon het en het is ook in de praktijk gelukt, om de sparingen te boren zonder schade aan de (voorspan)wapening en beugels te veroorzaken. Regulier is er een haakse kruisingshoek zodat er meer marge is t.o.v. de (voorspan)wapening om na het inkorten van de ligger, de sparingen achteraf in te boren.

Controle van de doorbuiging

In tegenstelling tot nieuw geproduceerde liggers hebben de hergebruikte liggers al het overgrote deel van de vervorming ten gevolge van krimp, kruip en relaxatie ondergaan. Om te controleren of de liggers aan het einde van de planduur nog voldoen aan de gestelde eis ROK v1.4 art. 7.4.1 wordt de vervorming van de volledige historie van de ligger nagerekend inclusief een prognose tot einde planduur (+100 jaar). De nieuwe randliggers moeten de vervormingen ten gevolge van de tijdsafhankelijke effecten nog ondergaan. In de gebruiksfase worden deze vervormingen verhinderd doordat via de druklaag en einddwarsdragers de randligger monoliet met de herbruikbare liggers zijn verbonden. Het verschil in het krimp-, kruip- en relaxatie gedrag resulteert in extra krachten voor zowel de herbruikbare liggers als voor de randliggers.

Tijdens het haalbaarheidsonderzoek zijn vier onderzoeksnotities opgesteld:

1. Notitie SBIR Gebruik (bouw)regelgeving voor hergebruik prefabliggers.

2. Notitie SBIR Einddwarsdragers.

3. Notitie SBIR Restlevensduur.

4. Notitie SBIR Procedure delven prefabliggers.

Show image fullscreen

Rijkswaterstaat heeft specifieke richtlijnen voor kunstwerken en beoordeling van bestaande kunstwerken^[4].Voor de berekening van prefabliggers die hergebruikt worden in nieuwe viaducten is geen bouwregelgeving beschikbaar. In deze notitie wordt voorgesteld en onderbouwd om een viaduct met omgekeerde T-liggers met druklaag, de hergebruikte prefabliggers te berekenen volgens de eisen voor ‘Verbouw’ vanuit NEN 8700. Voor het Rijkswaterstaatareaal betekent dit dat voorgesteld wordt om voor de hergebruikte prefabliggers de RBK toe te passen.

De druklaag is een nieuwe constructie op de hergebruikte liggers. De detaillering van de wapening in de druklaag (dekking e.d.) moet aan de ‘Nieuwbouweisen’ voldoen. Voor het Rijkswaterstaatareaal betekent dit dat voor de berekening en detaillering van de druklaag de ROK wordt toegepast.

In de contractbespreking tussen Rijkswaterstaat en opdrachtnemer Dura Vermeer Infra Regio Noord Oost voor het project 'A1: vervanging viaduct Hoog Burel' werd het vervangen van het viaduct (voor de berekening) als een geheel nieuwe constructie gezien. Door gebrek aan regelgeving is het overeengekomen uitgangspunt (OG-ON) dat voor dit project moest worden voldaan aan het nieuwbouwniveau volgens de Eurocode. Omdat het een kunstwerk voor Rijkswaterstaat betreft, wordt gevolgklasse CC3 met een ontwerplevensduur van 100 jaar geëist. De hergebruikte liggers zijn voor de nieuwe situatie doorgerekend en voldoen aan Eurocode nieuwbouw. Tijdens de pilot is voorgeschreven om de herbruikbare liggers op basis van de nieuwbouweisen te toetsen.

In deze notitie ^[5] zijn aan de hand van de functies van de einddwarsdragers oplossingen aangedragen om deze functies anders te vervullen. Dit kan voor alle functies. Einddwarsdragers kunnen dus achterwege blijven bij prefabliggerdekken. Voor de einddwarsdragers passen we hiermee het hoogste R-niveau, ‘refuse’, van mate van circulariteit toe. Indien in (nieuwe) viaducten, opgebouwd uit (nieuwe/hergebruikte) liggers dit principe toegepast wordt, nemen de mogelijkheden voor hergebruik van deze liggers (demontabel bouwen) in de toekomst toe. De principes van de Nederlands Technische Afspraak (NTA) voor industrieel, flexibel en demontabel bouwen voor vaste bruggen (door NEN in ontwikkeling met de markt) zijn hier al toegepast. Voor het viaduct A1-Hoog Burel zijn wél einddwarsdragers toegepast vanwege de schuine kruising en de bijzondere situatie dat niet elke ligger opgelegd wordt. Bij het project Appingedam en de nog uit te voeren Brug/Faunapassage de Groeve van de provincie Drenthe lopen de liggers door over het steunpunt en wordt er een eindbalk gemaakt waarop de overgangsconstructie komt te rusten. 

Het uitsparen van einddwarsdragers is mogelijk bij reguliere brugdekken, bij hergebruikte liggers en zeker bij toepassing van nieuwe liggers. Dit bespaart direct materiaal uit en vergroot ook de herbruikbaarheid doordat de liggers eenvoudiger te demonteren zijn.

Show image fullscreen

In het algemeen heeft de hoogwaardige, fabrieksmatige productie van voorgespannen betonnen prefabliggers, met een hoge betonkwaliteit en een goede dekking, geleid tot liggers die niet aangetast worden in de eerste 50 jaar^[6]. Mits er geen bijzondere omstandigheden voordoen. Dit blijkt ook uit onderzoek aan representatieve liggers. Bij extrapolatie van de gevonden aantasting wordt geen aantasting in de eerste honderden jaren verwacht. 

Show image fullscreen

Daarmee is het mogelijk om alleen met een visuele inspectie de specifieke liggers te inspecteren om het risico op verminderde levensduur te borgen. Er is geen aanleiding om op voorhand (destructief) onderzoek te doen naar de aantasting van te hergebruiken prefabliggers.

Daarmee kan ook worden vastgesteld dat tijdens de levensduur (volgens SBIR-uitvraag maximaal 200 jaar) geen onderhoud aan deze liggers hoeft te worden uitgevoerd.

Voor de pilot zijn toch alle onderzoeken uitgevoerd om de levensduur te onderbouwen.

Bij het demonteren van de Kromwijkdreefliggers, heeft het sloopbedrijf geen extra maatregelen getroffen t.o.v. de voorgenomen manier van slopen. Omdat de liggers een metrolijn kruiste was het al nodig de liggers één voor één uit te hijsen. De enige aanpassing voor deze operatie was dat de liggers in zijn geheel zijn afgevoerd in plaats van ze na het uithijsen in kleinere delen te slopen (zie onderstaande foto). Deze liggers zijn gebruikt om de modificatiemethoden te testen. De Kromwijkdreefliggers waren bestemd voor de pilot. Toen voor de pilot geschakeld moest worden naar een ander gastproject, zijn we teruggevallen op het eerdere plan om deze Kromwijkdreefliggers toe te passen in de provincie Drenthe. De notitie^[7] beschrijft de demontage en aandachtspunten bij de oogst van de Kromwijkdreefliggers wat als basis heeft gediend voor de demontage van de KW21 liggers.

Door de sloop zijn enkele voorspanstrengen beschadigd (zie foto rechts). Tijdens het regulier aanbrengen van een hijsgat is de boor schuin weggelopen en bleef de hartlijn van de boor niet op de voeg tussen de liggers. In de herberekening is deze schade meegenomen. Door de robuustheid van de liggers heeft deze schade geen invloed op de toepasbaarheid en restlevensduur van de ligger.